Stała Hubble’a jest jednostką używaną do opisu rozszerzania się czasoprzestrzeni, definiowaną jako prędkość (w kilometrach na sekundę) na danym dystansie (na megaparsek). Jako część równania zwanego prawem Hubble’a, opisuje ona przyspieszone rozszerzanie się odległości między wszystkimi punktami we Wszechświecie.
W teorii wartość stałej oblicza się, łącząc prędkość odległych galaktyk, które wydają się oddalać od nas, z oszacowaniem ich odległości.
Wykonanie tego pomiaru w praktyce okazało się łatwiejsze niż wykonanie. Różne metody wyznaczania prawdziwej wartości stałej Hubble’a dawały subtelnie – ale znacząco – różne odpowiedzi, ku wielkiej frustracji fizyków.
Jakie są metody obliczania stałej Hubble’a?
Jednym ze skutecznych sposobów pomiaru prędkości cofającego się obiektu jest przyjrzenie się jego kolorowi, a następnie porównanie go z tym, jaki według nas powinien być.
Tak jak dźwięk syreny ma niższą tonację, gdy obiekt oddala się od twojej pozycji z dużą prędkością, tak kolor obiektu będzie miał „niższą tonację” lub bardziej czerwony odcień, ponieważ jego fale świetlne są rozciągane przez jego względny ruch.
Kiedy to zjawisko „przesunięcia ku czerwieni” zostało zastosowane do odległych galaktyk na początku XX wieku, okazało się, że wiele z nich oddala się od nas bardziej niż można by się tego spodziewać.
Amerykański astronom Edwin Hubble przyjrzał się bliżej temu twierdzeniu o uciekających galaktykach w 1929 roku, zwracając baczniejszą uwagę na ich odległości.
Określił, że im dalej galaktyka się znajduje, tym szybciej się cofa, tworząc podstawy teorii Wielkiego Wybuchu i przyspieszonej ekspansji Wszechświata.
Wczesne szacunki Hubble’a dotyczące stałego tempa ekspansji były rzędu 500 km/s/Mps. Wciąż jednak istniało wiele niedokładności w sposobie mierzenia tych niezwykłych odległości.
Późniejsze metody wykorzystywały różne narzędzia do wyznaczania odległości i tempa ruchu pomiędzy różnymi źródłami światła.
Niektóre prace nadal polegały na gwiazdach pulsujących o znanej jasności wewnętrznej, zwanych gwiazdami zmiennymi Cefeusza, używając ich jako sposobu na kalibrację bardziej odległych świateł, takich jak supernowe. Inni mierzyli rozciągniętą poświatę promieniowania tła z wczesnego Wszechświata, pozostałego po Wielkim Wybuchu. Te ulepszone metody dały nam wartość stałej Hubble’a bliższą około 70 km/s/Mps.
Niestety, w zależności od zastosowanej metody, dokładna wartość może wynosić od około 67,4 (km/s)/Mpc (plus lub minus kilometr na sekundę) do 73,5 (km/s)/Mpc.
Nie udaje się ustalić „właściwej” odpowiedzi, ale coraz dokładniejsze narzędzia do pomiaru stałej Hubble’a pozwalają uzyskać niezwykle precyzyjne, ale wciąż bardzo różne wartości ekspansji Wszechświata.
Dlaczego tak trudno jest obliczyć stałą Hubble’a?
Nie jest jasne, dlaczego wartości stałej Hubble’a są tak dramatycznie różne. Choć wszystkie wyniki wydają się wiarygodne, wyraźnie brakuje nam czegoś, co pozwoliłoby umieścić każdą z liczb w kontekście.
Możliwe, że nasza pozycja we Wszechświecie nie jest tak nudnie przeciętna, jak moglibyśmy przypuszczać. Gdybyśmy siedzieli w wyjątkowej kieszeni przestrzeni, takiej jak bańka, różne metody obliczania stałej Hubble’a mogłyby być zniekształcone przez nasz dość szczególny punkt widzenia.
Zmiany kształtu Wszechświata mogłyby również zmienić sposób, w jaki interpretujemy wyniki takich pomiarów.
Możemy również wziąć pod uwagę fakt, że stała Hubble’a może nie być stała, a zmiany w czasie lub w przestrzeni wynikające z różnych oddziaływań (niektóre potencjalnie jeszcze nieuświadomione) mogą prowadzić do różnych wartości.
Jest też znikoma możliwość, że naprawdę nie ma żadnej różnicy, z dodatkowymi danymi potencjalnie ujawniającymi te dziwne skupiska liczb mogą być tylko nieprawdopodobnym i bardzo pechowym zbiegiem okoliczności.